基于问题导向、学生主体下的仪器分析教学改革研究

2017-04-13湖南文理学院邓爱华

电子世界 2017年22期

关键词：导向仪器知识点

湖南文理学院邓爱华谢鹏王云

湖南文理学院邓爱华谢鹏王云

仪器分析是高校相关专业的基础课程，需要针对专业特点进行教学改革。本文论述了仪器分析的特点和教学目标，分析了教学中的问题，并且在问题导向和学生主体的理念下对仪器分析教学改革做出了探讨。

仪器分析；问题导向；学生主体；教学；改革

随着现代化进程的推进，对分析仪器的数据依托性不断提高，要求各领域分析人员具有更高的理论基础和操作技能，因此培养高素质的仪器分析人才，成为各高校急需解决的问题。要提高仪器分析教学的效果，就要以学生为主体，增强学生的自主学习能力，采用问题导向的教学理念对教学模式做出改革。

一、仪器分析概述

1.仪器分析的概念

仪器分析是现代分析化学的重要分支，是化学理论与实际问题的重要研究手段，涉及到物理、光学、化学、电子、制造科学等理论，主要以电化学分析、热分析、色谱分析、光谱分析为支柱，在基础化学、环境学、生命科学、新材料学等领域具有广泛应用，在化工、环境、生物、医药、材料等专业中作为一门基础课程开设。

2.仪器分析的特点

仪器分析作为一门学科，具有多领域交叉性、前沿性和发展性，仪器技术向精确、灵敏、快速和自动化发展。仪器分析具有很强的实用性，其中理论教学主要学习原理和方法，实验教学主要学习实践和应用。由于涉及到不同的学科和领域，加上原理比较抽象和枯燥，实验课程需要学生具有较高的动手能力和观察能力，因此仪器分析教学存在一定难度。另外，随着科学技术的不断发展，不断出现新的仪器分析理论和技术，知识的更新较快，要求教师与时俱进，动态发展，紧跟仪器分析技术前沿。

3.仪器分析教学目标

仪器分析根据专业的特点和需求，会侧重于不同的分析仪器和技术，因此教学目标的制定需要充分考虑专业性，以专业性和实用性为教学目的。比如，资源循环科学与工程专业主要分析金属元素，因此要侧重于原子发射和吸收光谱等仪器的学习；化学工程与工艺专业主要需要分析鉴定有机物，因此要侧重于红外、紫外光谱和色谱等仪器的学习。仪器分析的理论课程要求学生掌握仪器的原理、结构、功能和方法，实验课程要求学生能够对仪器进行熟练操作，并且具备数据分析和撰写报告的能力。

4.仪器分析教学存在的问题

首先，仪器分析的理论课程普遍采用“仪器概述、基本原理、仪器结构、分析方法和应用”的方式编写教材，内容对学生来说太过于枯燥，另外，实验教材一般由各高校自行编写，考虑到仪器设备条件限制，实验内容不能满足专业需要；其次，相对于课程内容来说，理论课时不足，而仪器分析的知识点较多，结构零散，将各学科融会贯通有很大难度，教师很难把所有知识点讲透；再次，实验教学中，由于仪器价格昂贵，分析仪器的数量不能满足学生实践需求；最后，还是因为仪器数量的限制，学生在没有接触仪器的情况下学习，导致学生对仪器分析课程没有清晰的认识，理论与实践脱节，对知识的理解和记忆不深。

二、问题导向式教学模式概述

1.问题导向式教学的概念和特点

问题导向式教学是一种以学生为教学主体，以探究为主要方式的教学方法，也就是教师在教学过程中采用问题诱导，由学生通过自主学习和合作讨论，解决所提问题的教学模式。在问题导向式教学中，解决问题是目的，而最终用意则是使学生在解决问题的过程中，掌握相关知识和方法，创造出不同的答案。

与传统的“填鸭式”教学相比，问题导向式教学充分发挥了学生的主体作用，让学生在自主探究中获得知识，其优势包括：第一，能够培养开拓式思维，通过对问题的资料查找和小组讨论，学生可以接触到大量教材外的信息，拓宽了视野和思维，激发求知欲；第二，加深对问题的认识，学生需要对问题进行深入思考，并用自己的语言进行表达，这是一个知识分解再加工的过程，对知识有了更加深入的认识；第三，回顾已学知识，在探究和讨论过程中，学生需要对已学知识进行复习和回顾，补充已经遗忘的内容；第四，提高沟通能力，学生在与教师和小组成员的讨论中，互帮互助解决问题。

2.问题导向式教学模式设计

兴趣是最好的老师，仪器分析教学不仅需要掌握大量的基础知识，还要时刻关注最新技术，这就需要学生具有主观能动性，另外，大学的学习方式要从被动变为主动，实现接收知识到提出问题的转变，教师在教学模式上也要从课本导向变成问题导向。因此，问题导向式教学模式应该从问题出发，在解决问题的过程中学习知识、进行思考，最终将知识转化为解决问题的工具。在仪器分析课程中采用问题导向式教学模式，教师的教学步骤分为：提出问题—组织讨论—布置课后思考题—总结；学生的学习过程一般有以下步骤：理解问题—独立分析—查找资料—初步完成—小组讨论—得出结论，在学生自主分析和小组讨论的过程中会遇到新的问题和难点，需要重复以上步骤，从而最终解决问题。学生通过这种方式进行仪器分析，能够将知识活学活用到实际使用中，并且能够总结出解决类似问题的一套方法。

三、仪器分析教学内容的优化

经典仪器分析作为基础学科，教学内容包括光分析、电化学分析、质谱分析和色谱分析四部分，另外还要加上新兴的表面等离子体共振分析、X射线衍射无机材料晶型分析、石英晶体微天平质量分析、扫描电镜/透射电镜形貌分析等方法，内容涉及到电子学、物理学、化学、数学等多个领域，知识点非常复杂。因此，为了让学生既能在学时内完成教学目标，又能掌握最全面、最前沿的理论和技术，必须对教学内容进行取舍和优化。

1.优化教学内容

仪器分析的通用教材通常与专业教学要求存在一定差异。比如，中药学专业仪器分析中，电化学分析法应用较少，因此教材需要适当减少电化学分析内容，将重点放在其他方法上；色谱分析中，液相色谱法能够对超过85%的中药进行分析，而气相色谱法仅能完成不到15%的重要分析，因此要适当减少气相色谱分析课程，将重点放在液相色谱法和色谱基本理论上，并且适当介绍其他分析方法，比如毛细管电泳技术和超临界流体色谱法。

2.补充新知识与新技术

教材的编写存在滞后性，部分教材编写时间早，其中的一些知识和技术已经被更加高效的方法所取代，也无法通过教材了解最新的知识进展，要提高学生的专业素质，教学内容必须紧跟科技前沿，让学生掌握当前的研究方向。比如，毛细管电泳技术和超临界流体色谱法在分离方法上不断出现进展突破，特别是毛细管电泳技术在DNA、蛋白质、有机物的分离、分析领域起到极其重要的作用，因此，需要在教学内容中补充这些先进技术，并且提供相关文献作为辅助教材，丰富教学内容。

四、问题导向式教学在仪器分析教学中的应用

问题导向式教学的重点是培养学生的自主学习能力，但是由于学生本身知识面与实践能力的限制，在问题的发现、研究和解决等方面还有着很大的缺陷。大部分学生习惯于被动接收知识，遇到问题时首先想到请教老师或者直接找答案，这种被动学习的惯性不容易改变，对教师的教学素质也有更高的要求。

1.肯定学生的主体地位

以学生为教学主体的思想需要从教师开始落实，教师要树立师生平等的理念，本着与学生共同进步的观念来主动改变自己的教学方法，以适应问题导向式教学的要求，从教学活动中的主动者变成辅助者，在学生的自主学习中起到引导作用，并且要善于设置问题来提高学生自主探究的兴趣，尊重学生的自由化思维，把教学权利下放，同时掌控教学节奏。

2.教师需要有丰富的知识积累

教师不仅要准确掌握仪器分析教材上的内容，从内容到形式做到融会贯通，能够结合工业检测、环境检测等专业讲解知识点，还要涉猎相关文献资料，并且要对前沿科技有所了解，能够对知识点进行衔接，及时对学生做出指导。

3.合理设置问题

在问题导向式教学中，问题作为教学的核心，其质量好坏直接关系到学生的学习效果，好的问题能够激发学生的积极性，并且能让学生对教学内容进行有效的评价，同时能够兼顾学生的基础和状态。教师在设置问题时，必须符合以下要求：

首先，问题要符合教学内容和教学目标，能够引出所学专业的相关知识。比如，讲到“紫外吸收光谱”时，由于苯和苯酚的紫外吸收光谱图的吸收带相同，可以提出问题“化合物中的羟基是如何影响紫外吸收光谱图的”，从而引出生色团与助色团的概念和作用；由于紫外吸收的B吸收带具有精细结构，但这种结构并没有在“废水中苯酚测定”实验中被观察到，通过让学生分析这种现象的原因，从而引出“溶剂对紫外吸收峰的影响”这一知识点。

其次，问题要层层推进，难度要适当。过于简单的问题不能起到教学效果，但问题过难则会让学生望而生畏，最终又演变成教师的讲解，因此问题不仅要有一定难度和挑战性，还要能让学生根据已有知识层层推进，最终解决，不断获得成就感。比如，讲到“色谱分离”时，向学生提问“怎样让色谱分离效果变得理想”，学生根据前面介绍的内容，回答“各组分具有足够小的峰底宽度”和“组分的保留时间存在差异”，然后教师再提问“峰底宽度和保留时间的影响因素”，从而引导学生学习新的内容“分配系数”与“速率理论”。

再次，问题能激发学生的兴趣。问题应该符合人们的思维规律，先远后近，先纵深再拓展，能够引起学生的兴趣，问题可以是一些奇异的现象，也可以是看似自相矛盾的知识点，让学生带着问题学习，提高上课的积极性。比如，核磁共振氢谱分析法的原理是氢核能够吸收不同频率的电磁辐射，但核磁共振波谱机理告诉我们，在同一外加磁场中，氢核的分裂能相同。这两种理论在这里出现矛盾，这时需要学习新的知识“化学位移”和“偶合裂分”来做出解释，教师可以根据碘代乙烷的核磁共振氢谱图对知识点做出讲解，并提出问题“同一分子内的氢原子的化学位移为什么不同、化学位移的影响因素”以及“裂分发生的原因和规律”。

最后，问题能够促进教学内容的系统化。教师不仅要在同一章节布置问题，还需要跨章设计问题，使学生对知识点能有系统的认识。比如讲到“紫外吸收光谱”时，我们知道了光谱分析法中，灵敏度是荧光＞紫外＞红外，其中紫外吸收法的灵敏度大于红外的原因是两者的原理都是依靠分子吸收光谱，并且遵守朗伯比尔定律，而摩尔吸光系数为紫外大于红外，因此紫外吸收法灵敏度高。讲完紫外与红外的分析差异后，提出问题“荧光光谱法灵敏度大于紫外吸收法的原因是不是与上述原因相同”，学生在学习“荧光光谱法”时，就会自觉与前面的知识点联系起来做出比较，这样能够让学生尽快构建知识系统。

4.建立合适的小组讨论形式

小组讨论是问题导向式教学中的重要环节，关系到学生解决问题的效率和质量，特别是实验课程需要进行分组。首先，改变单一的分组方式。每种分组方式都有各自的优势和不足，比如，按照学习程度分组，成员讨论的知识点差别不大，利于沟通，但也导致不同的看法较少，较难擦出火花；按照学习成绩分组，如果成绩好的分为一组，成绩差的分为一组，优点是容易交流，缺点是后者的解题质量会比较落后，会打击他们的积极性，如果成绩高低搭配，优点是能够以点带面，发挥优秀学生的作用，缺点是会很容易的形成“一言堂”，解决问题的总是成绩好的学生；如果让学生自由搭配，优点是关系好的学生在一起的合作效果好，缺点是性格内向的学生会收到冷落，不利于心理健康；如果按照性别分组，首先班组内的男女比例不是教师能掌控的，容易分配不均；如果教师自行分组，优点是教师能够兼顾各方面因素，缺点是面临性别分组相同的问题，教师不能掌握一些客观因素。不管按照哪种方式分组，必须避免小组形式的固话，因为固化的组织形式容易造成使小组的特质和思维也发生固化，不利于创新思维和创新能力的培养。因此，分组的形式要定期做出改变，重新进行组合，这样会给学生带来新鲜感和刺激感，但也会不利于学习活动和小组效率。